Brennstoffzellen sind nicht nur ein heißes Thema, sie geben im Betrieb tatsächlich auch Wärme ab. Die lässt sich beim Heizen intelligent nutzen. Für die Sicherheit und einen hohen Wirkungsgrad der Brennstoffzelle sorgen dabei leistungsfähige Dichtungswerkstoffe.
Wie können wir künftig nachhaltig und umweltfreundlich heizen? Die Bundesregierung hat sich zum Ziel gesetzt, die Treibhausgasemissionen von Gebäuden bis zum Jahr 2030 um zwei Drittel im Vergleich zu 1990 zu senken. Dazu sind unter anderem Heizungen mit anderen Brennstoffen als Öl und Erdgas notwendig.
Hier kommt die Brennstoffzelle ins Spiel: Sie erzeugt in einer chemischen Reaktion aus Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) Strom, Wärme und Wasser. Im Gegensatz zum Brennstoffzellen-Fahrzeug benötigt man sowohl Strom als auch Wärme im Haus – das steigert den Wirkungsgrad dieser Technologie signifikant. Der Aufbau einer adäquaten Wasserstoffinfrastruktur hat zwar noch Entwicklungspotenzial, rückt aber immer stärker in den Fokus, um auch über diesen Weg unabhängiger von fossilen Brennstoffen zu werden. Für den Übergang besteht dennoch die Möglichkeit, Brennstoffzellen zu nutzen, die sich mit Erdgas betreiben lassen.
Unabhängig vom Brennstoff gilt aber: Das komplette Heizsystem muss gut abgedichtet sein, es darf kein Gas entweichen. Denn sowohl Wasserstoff als auch Erdgas können zusammen mit dem Luftsauerstoff ein explosives Gemisch bilden. Da Wasserstoffmoleküle extrem klein sind, ist es entsprechend schwierig, Zuleitungen, Heizung und Aggregate wirksam abzudichten. Zugleich steigt mit hochleistungsfähigen Dichtungen innerhalb der Brennstoffzelle nicht nur die Sicherheit, sondern auch der Wirkungsgrad.
Die Dichtungen finden sich in verschiedenen Bereichen der Brennstoffzellen. Sie kommen zum Einsatz zwischen den Stacks, den einzelnen Zellen, um ein Austreten der Brenngase und des Elektrolyten zu vermeiden. Zudem schirmen diese Dichtungen die Bipolarplatten, die den erzeugten Strom leiten, gegeneinander ab und verhindern so einen Kurzschluss. Außerdem dichten sie auch die Zuleitungen ab, in denen die Gase Wasserstoff und Sauerstoff transportiert werden.
An Stacks und Zuleitungen wird nicht unbedingt der gleiche Dichtwerkstoff eingesetzt: Um die Bipolarplatten elektrisch voneinander zu trennen, ist als Dichtwerkstoff ein guter Isolator gefragt. Umgekehrt kann bei den Zuleitungen ein elektrisch leitfähiges Dichtungsmaterial gefordert sein, um Strom abfließen zu lassen. Damit wird verhindert, dass sich das Bauteil elektrisch auflädt.
Auch der Elektrolyt im Inneren der Stacks, der meist flüssig ist, muss abgedichtet werden. Oft handelt es sich um ein herausforderndes Medium, wie starke Laugen bei der alkalischen Brennstoffzelle, das die Dichtungen angreifen kann. Außerdem muss der Dichtwerkstoff beständig gegenüber den Gasen Wasserstoff und Sauerstoff sein. Hinzu kommen bei einigen Brennstoffzellen-Varianten hohe Temperaturen von mehr als 500 Grad Celsius, denen das Dichtungsmaterial standhalten muss. Auch die Lebensdauer der Werkstoffe sollte hoch sein, um die Brennstoffzelle wartungsarm und lange lauffähig zu halten.
Als Dichtwerkstoffe, die sich besonders für Brennstoffzellen eignen, bietet Frenzelit zum einen die novapress®-Produkte (Elastomer-gebundene Dichtungsmaterialien auf Basis von Aramidfasern und speziellen Funktionsfüllstoffen) an. Sie erreichen ein bis zu 10.000 mal besseres Leckageniveau als vergleichbare Standarddichtungen. Eine weitere Produktfamilie ist die novamica®-Reihe (aus Phlogopit-Glimmer), die aufgrund ihrer Temperaturbeständigkeit bei Hochtemperatur-Brennstoffzellen zum Einsatz kommen kann.
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So funktioniert eine Brennstoffzelle
Eine Brennstoffzelle ist gleichsam die Umkehrung der Wasser-Elektrolyse: Chemische Energie wird in elektrische Energie umgewandelt, indem Wasserstoff zusammen mit Sauerstoff in Wasser und elektrischen Strom umgewandelt wird. Darüber hinaus entsteht bei dem Prozess auch Wärme.
Eine einzelne Brennstoffzelle besteht aus zwei Elektroden, der Anode und der Kathode, und den sogenannten Bipolarplatten zum Abtransport des entstehenden Stroms und zur Verteilung der Gase. Hinzu kommen ein jeweils spezifischer Elektrolyt und schließlich die Brennstoffe Wasserstoff und Sauerstoff. Da eine einzelne Brennstoffzelle jedoch nur wenig Strom erzeugt, werden in der Praxis meist sehr viele von diesen einzelnen Zellen hintereinandergeschaltet – der Stack-Aufbau. Je nachdem, wie viel Strom erzeugt werden soll, variiert die Anzahl der Stacks und damit die Größe der Brennstoffzelle. Die Stacks sind begrenzt durch die Bipolarplatten, die schließlich den Strom abtransportieren.
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Über Frenzelit
Die Frenzelit GmbH entwickelt, produziert und vertreibt Dichtungen und Dichtungsmaterialien, Technische Textilien für Isolationen, Dichtungen und Filtrationen sowie Kompensatoren für den Anlagenbau. Mit den beiden strategischen Geschäftsbereichen „Industrie“ und „Mobilität“ richtet die Frenzelit GmbH ihr Handeln individuell auf die Bedürfnisse ihrer Kunden aus. Rund 500 Mitarbeiter arbeiten in den Betriebsstätten Bad Berneck und Himmelkron. Das oberfränkische Familienunternehmen ist international aktiv mit einem eigenen Standort in North Carolina, USA und mit weiteren Tochtergesellschaften und Vertriebsbüros in Tschechien, Indien und China global präsent. Frenzelit ist seit 1881 erfolgreich am Markt und nach IATF 16949 und ISO 9001 (Qualitätsmanagement), nach ISO 14001 (Umweltmanagement), ISO 45001 (Arbeits- und Gesundheitsschutzmanagement) sowie nach ISO 50001 (Energiemanagement) zertifiziert.
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